電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)

王永輝

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的不斷更新和發(fā)展，電力行業(yè)也在不斷的向前發(fā)展，電站鍋爐作為電力行業(yè)非常重要的鍋爐設(shè)備，為了能夠推動(dòng)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)更快速的發(fā)展，必須要對(duì)電站鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化。只有這樣，才能讓電站鍋爐的運(yùn)行效率得到提高，讓電站鍋爐的節(jié)能環(huán)保性得到更進(jìn)一步的優(yōu)化，通過對(duì)電站鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行建模控制技術(shù)的優(yōu)化，電站鍋能夠更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本人就電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)進(jìn)行研究，希望能夠更進(jìn)一步促進(jìn)電站鍋爐的發(fā)展，能夠更好地滿足電站用戶的需求。

關(guān)鍵詞：燃燒優(yōu)化；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；預(yù)測(cè)控制；在線監(jiān)測(cè)；均衡燃燒

我國現(xiàn)在正處產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，電力行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也正處體制轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，現(xiàn)在電力企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)變得越來越激烈了，逐漸開始形成一種競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、廠網(wǎng)分開的現(xiàn)狀。同時(shí)，由于人們對(duì)電能的需求不斷增大，使得電能資源也變得越來越緊張。隨著社會(huì)需求的變化，煤價(jià)在不斷上漲，這也導(dǎo)致了發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷增加，為了能夠讓發(fā)電企業(yè)得到更好的發(fā)展，必須對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行能力進(jìn)行不斷優(yōu)化，讓發(fā)電企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力不斷提升。

1 國外的燃燒優(yōu)化控制技術(shù)及其應(yīng)用

1.1 Ultramax公司的燃燒優(yōu)化技術(shù)

美國俄亥俄州Ultramax公司開發(fā)的Ultramax系統(tǒng)又稱為先進(jìn)過程管理系統(tǒng)，是一個(gè)對(duì)生產(chǎn)操作進(jìn)行日常管理的系統(tǒng)，能應(yīng)用于各種生產(chǎn)過程，在此只介紹其在電廠燃燒優(yōu)化方面的應(yīng)用。Ultramax燃燒優(yōu)化系統(tǒng)是將一系列代表鍋爐燃燒工況的參數(shù)，比如煙氣氧量、排煙溫度、煙氣排放物等，作為系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)取得這些樣本數(shù)據(jù)后，建立鍋爐燃燒特性模型，并經(jīng)過軟件分析，給運(yùn)行人員一個(gè)優(yōu)化燃燒的操作指導(dǎo)，運(yùn)行人員根據(jù)這些操作指導(dǎo)進(jìn)行手動(dòng)操作，或?qū)⒉僮髦笇?dǎo)納入到自動(dòng)控制系統(tǒng)中進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1.2 Pegasus公司的燃燒優(yōu)化技術(shù)

NeuSIGHT系統(tǒng)：NeuSIGHT系統(tǒng)為美國Pegasus公司應(yīng)用人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)的燃煤電廠燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其主要功能是以提高鍋爐熱效率和降低NOx排放為目標(biāo)的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化。

NeuSIGHT系統(tǒng)利用DCS本身具有的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在線分析，迅速得出運(yùn)行參數(shù)的最優(yōu)值，然后輸出到DCS，DCS系統(tǒng)通過控制偏移量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)NeuSIGHT對(duì)鍋爐燃燒的優(yōu)化控制。但是，這種燃燒優(yōu)化控制技術(shù)并沒有考慮機(jī)組運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性和過程，所以這種優(yōu)化也只是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化。

NeuSIGHT系統(tǒng)是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)的，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也是一個(gè)“黑箱”模型，因此一般建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型前要經(jīng)過2～4周的鍋爐變參數(shù)測(cè)試，在測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立原始模型。由于煤種、積灰、結(jié)渣等因素的變化，鍋爐燃燒情況要隨之改變，這就造成原始模型很快就和實(shí)際情況產(chǎn)生偏離，因此在優(yōu)化過程中NeuSIGHT系統(tǒng)使用了2套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中1套系統(tǒng)的模型進(jìn)行過程優(yōu)化，同時(shí)另1套根據(jù)DCS的歷史數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)建立新模型，一旦新模型建立就能通過模型切換完成模型的在線更新，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的時(shí)間較長，所以模型更新的周期比較長。在模型基礎(chǔ)上，NeuSIGHT系統(tǒng)運(yùn)用GESA算法等工具實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)鍋爐當(dāng)前工況的各個(gè)控制量進(jìn)行在線優(yōu)化。

NeuSIGHT系統(tǒng)在美國市場(chǎng)的占有率為40%。對(duì)于沒有排放控制的電廠，Pegasus公司預(yù)計(jì)應(yīng)用NeuSIGHT系統(tǒng)可降低NOx排放達(dá)20%～60%（一般為25%～35%）。如果電廠已經(jīng)安裝了低NOx燃燒器，使用NeuSIGHT系統(tǒng)可再降低NOx排放10%～40%。NeuSIGHT系統(tǒng)可降低煤耗0.5%～5%，這相當(dāng)于減少了相同的CO2和SO2的排放。NeuSIGHT燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)以前大多應(yīng)用于舊機(jī)組的優(yōu)化控制方面。目前Pegasus公司已經(jīng)和許多世界知名的電力成套設(shè)備供應(yīng)商，如B&W;、FosterWheeler、SiemensWestinghouse、ABBCentrum等建立了合作伙伴關(guān)系。Pegasus的合作伙伴中的鍋爐制造商對(duì)燃燒方面比較了解，他們將把NeuSIGHT系統(tǒng)作為其產(chǎn)品的附加增值來應(yīng)用于最新供應(yīng)合同中。但作者目前尚未檢索到該產(chǎn)品在國內(nèi)應(yīng)用介紹的文獻(xiàn)資料。

2 國內(nèi)燃燒優(yōu)化控制技術(shù)的研究和應(yīng)用情況

2.1 鍋爐煙氣含氧量的優(yōu)化控制技術(shù)

要想讓電站鍋爐燃燒得到更好的優(yōu)化，就必須對(duì)電站鍋爐煙氣中含氧量進(jìn)行控制。電站鍋爐煙氣中的含氧量對(duì)電站鍋爐的污染排放和鍋爐燃燒效率有著非常大的影響，對(duì)電站鍋爐進(jìn)行優(yōu)控制，可以進(jìn)一步提高電站鍋爐的運(yùn)行效率。電站鍋爐中煙氣含氧量和鍋爐的效率是成比例的，只有對(duì)鍋爐中延期的含量進(jìn)行優(yōu)化控制，才能讓鍋爐保持在最佳燃燒狀態(tài)，讓鍋爐的燃燒效率得到更好的提升。最開始鍋爐的營銷效率是不能被測(cè)量的，但是經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)煙氣中的含氧量可以對(duì)鍋爐的效率進(jìn)行優(yōu)化，因此有效讓電站鍋爐燃燒得到更好的優(yōu)化，就必須優(yōu)化煙氣中氧氣的含量，這是最簡(jiǎn)單提高電器鍋爐燃燒效率的方法，但是電站鍋爐實(shí)際應(yīng)用過程中，并沒有得到非常廣泛的應(yīng)用，有很大一部分原因是因?yàn)樵缙陔娬惧仩t相關(guān)的設(shè)備并不是非常的先進(jìn)，對(duì)電站鍋爐煙氧氣含量無法進(jìn)行非常好的控制。

2.2 閉環(huán)均衡燃燒控制系統(tǒng)

還有一種經(jīng)常被用到的電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)，那就閉環(huán)均衡燃燒控制系統(tǒng)，最初的燃燒控制系統(tǒng)，主要是為了保證供應(yīng)的燃料能夠和機(jī)組的燃料量相符。但是對(duì)于燃料是否均衡的分配于每一個(gè)燃燒器中并不能進(jìn)行很好的保障，這種電站鍋爐燃燒分配的不均衡性也在很大程度上讓電站鍋爐燃燒變得非常不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水冷壁的焦和火焰中心便宜的現(xiàn)象。

2.3 電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制軟件OCP3

我國燃煤電站機(jī)組擁有量是世界上最多的，這意味著我國電熱能耗是非常高，為了能夠更進(jìn)一步的對(duì)于電站鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化，也是為了積極響應(yīng)國家節(jié)能減的號(hào)召，電力企業(yè)要不斷加強(qiáng)對(duì)頂電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制軟件的研究力度，只有這樣，才能降低電力企業(yè)的生產(chǎn)成本讓電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。現(xiàn)階段，我國電站鍋爐在發(fā)展過程中就存在著很多問題，相比于燃煤電站鍋爐而言，我國電力企業(yè)使用的煤質(zhì)并不穩(wěn)定，這在一定程度上增加了我國電站鍋爐燃燒的負(fù)荷度，同時(shí)也使得很多進(jìn)口的電站鍋爐燃燒，優(yōu)化控制軟件出現(xiàn)了水土不服的現(xiàn)象，因此，我們必須要加大得電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制軟件的重視程度。

3 應(yīng)用中的難點(diǎn)分析

測(cè)量問題。飛灰含碳的測(cè)量是鍋爐效率計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)，但目前國內(nèi)的此類設(shè)備的測(cè)量滯后比較大，導(dǎo)致在線計(jì)算的鍋爐效率不準(zhǔn)確，成為鍋爐運(yùn)行優(yōu)化控制的一大障礙。要實(shí)現(xiàn)NOx的閉環(huán)控制，同樣也要求NOx的精確和快速測(cè)量，這種煙氣分析儀表雖然技術(shù)和應(yīng)用都比較成熟，但是設(shè)備的價(jià)格比較貴，運(yùn)行維護(hù)工作量大，成為燃燒優(yōu)化控制的又一個(gè)難題。現(xiàn)場(chǎng)一般都安裝了氧化鋯氧量計(jì)來進(jìn)行煙氣含氧量的實(shí)時(shí)測(cè)量，但是普遍存在測(cè)量誤差大、短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)大的問題，這嚴(yán)重影響了鍋爐效率計(jì)算的準(zhǔn)確性和閉環(huán)控制的效果。

如何保證燃燒穩(wěn)定下實(shí)現(xiàn)最大范圍的尋優(yōu)。燃燒優(yōu)化控制的尋優(yōu)范圍太窄，優(yōu)化后效果可能會(huì)不明顯；尋優(yōu)范圍太廣，將可能影響燃燒的穩(wěn)定性。由于近年煤炭資源的緊缺，煤質(zhì)經(jīng)常得不到保證，因此燃燒穩(wěn)定性往往被優(yōu)先考慮。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著現(xiàn)在社會(huì)對(duì)電能需求的不斷增加，電站鍋爐的燃燒系統(tǒng)也在不斷進(jìn)行優(yōu)化，電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制可以在一定程度上降低企業(yè)的成本投入，讓企業(yè)生產(chǎn)效率得到提升，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使得電力企業(yè)能夠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。對(duì)電站鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，要根據(jù)電站鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，只有這樣，電站鍋爐才能更好地滿足社會(huì)發(fā)展的需求，同時(shí)還要開發(fā)燃燒優(yōu)化控制軟件，來對(duì)電站鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]方浩.電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)綜述[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（6）.

[2]王春雨.電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)綜述[J].工程技術(shù)：文摘版，2016（11）：00321-00321.

[3]趙剛.面向電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制的規(guī)則模型方法研究[D].華北電力大學(xué)，2016.

[4]王東風(fēng)，劉千，韓璞，等.基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)案例匹配的電站鍋爐燃燒優(yōu)化[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2016，37（2）：420-428.